Schéma de l'appareillage utilisé par un groupe Aarhus / CERN / Strasbourg dans une étude de la distribution angulaire du rayonnement de canalisation, intersections du CERN, mais au collisionneur les exposants sont plus élevés de 2,5 unités: le spectre de diffusion élastique se resserre. La section efficace totale protonantiproton (qui donne une mesure de la «taille» effective des particules en collision) atteint 6 2 mb à l'énergie du collisionneur, soit 5 4 0 GeV. Si on la compare aux valeurs obtenues à plus basse énergie, on s'aperçoit que la taille du proton croît presque aussi vite que l'autorisent certains principes d'ordre général (limite de Froissart). Un résultat particulièrement curieux est le rapport des sections efficaces élastique et totale ; il augmente d'environ 0 , 1 7 5 aux énergies des ISR à 0 , 2 1 5 au collisionneur. Non seulement le proton gonfle-t-il, mais il devient également plus absorbant. DÉTECTEURS Nouveaux semiconducteurs... Dans l'implacable poursuite du meilleur détecteur, de nouveaux matériaux ainsi que de nouvelles techniques sont sans cesse exploités. Les semiconducteurs, tels que le silicium, sont sensibles aux particules chargées, dont le passage y libère plusieurs fois plus d'électrons que dans un gaz. Les détecteurs à rubans de silicium ou de germanium ont été mis au point il y a une vingtaine d'années et fréquemment exploités par les spectroscopistes nucléaires, mais ce n'est que récemment que les physiciens des particules ont largement adopté cette technique. Maintenant on développe pour de n o m breuses expériences nouvelles de La surveillance du rayonnement de canalisation se faisait à l'aide d'une de détecteurs semi-conducteurs en de cadmium. Courrier CERN, octobre 1 9 8 4 matrice tellurure 337 Spectre d'impulsion d'un faisceau mixte électrons-pions de 20 GeV mesuré au CERN dans un dispositif d'essai en iodure de césium par un groupe Erlangen / MPI Munich ; on voit la bonne séparation électron/hadton. L'iodure de césium semble être un matériau prometteur pour la calorimétrie électromagnétique de haute précision. 338 20 GeV ELECTRONS • PIONS 1 1 1 * ^ T t BEAM INTERACTING Tl's 200 s • = e I s - ? • CO C0UN1 grands détecteurs de localisation à rubans de silicium. En dépit des grands investissements industriels dans le silicium et le germanium, ces semiconducteurs ne sont pas les seuls disponibles et, à travers le monde, des groupes de chercheurs en étudient d'autres dans une quête continuelle de meilleurs matériaux de détection. La liste des matériaux à l'étude est à la fois longue et insolite. Le tellurure de cadmium est une substance prometteuse qui depuis plusieurs années fait l'objet d'investigations au Centre de recherches nucléaires de Strasbourg, originellement en vue de son emploi en spectroscopie X et gamma. Par rapport à d'autres semiconducteurs, il offre certains avantages et convient particulièrement bien à la détection des photons grâce à ses gros noyaux et à sa bonne résolution en énergie. Il est également susceptible d'être utilisé en petits fragments, ce qui permet de construire des modules localisateurs. Un dispositif prototype a été mis au point pour une expérience du groupe Aarhus / CERN / Strasbourg étudiant la distribution angulaire du rayonnement de canalisation émis par les oscillations de faisceaux d'électrons (ou de positons) lors de leur guidage entre plans réticulaires d'un monocristal (voir numéro de décembre 1 9 8 2 , page 414). Un large spectre d'énergies des photons est émis, mais il est possible de sélectionner une bande étroite d'énergies par une collimation soigneuse, ce qui fournit un faisceau de photons presque monoénergétique, ajustable, pouvant atteindre 100 MeV. Un tel faisceau, contenant un photon par électron (positon) incident,serait très utile dans des expériences de physique nucléaire. Dans l'expérience du CERN, une matrice de six sur seize détecteurs au tellurure de cadmium (chacun mesurant 0,8 x 0,8 x 1 mm) a été utilisée pour repérer la direction des photons de canalisation et mesurer leur énergie. Une nouvelle matrice de semiconducteurs épais de 3 m m a été • • • •• 100 • 0 0 5 DEPOSITED fabriquée pour améliorer l'efficacité de détection. Ces modules de tellurure de cadmium sont intéressants par leur prix relativement bas et parce qu'ils sont bien plus radiorésistants que les délicates surfaces dopées au silicium. ...et nouveaux scintillateurs De nouveaux matériaux sont également à l'étude en tant que scintillateurs pour une utilisation éventuelle dans la détection des photons. La manipulation de l'iodure de sodium classique est délicate (nécessité de confinement) et d'autres substances, telles que le germanate de bismuth (BGO) qui maintenant fait son apparition, sont très coûteuses. On s'est intéressé au fluorure de baryum (voir numéro de mai, page 141) et récemment un petit essai a été effectué par un groupe Erlangen / MPI Munich pour évaluer l'iodure de césium activé par du thallium, en vue 10 15 ENERGY [GeV] 20 de son emploi en calorimétrie à haute résolution. Sa longueur de radiation est de 1,86 cm contre 2,56 pour l'iodure de sodium et 1,12 pour le BGO. Le rendement lumineux de scintillation mesuré est très élevé: plus de 4 x 1 0 photons par GeV. Les cristaux sont très robustes, facilement usinables et ils ne requièrent qu'un simple (mais suffisant) polissage à l'eau. Pour l'essai, des cristaux suffisamment longs n'étaient pas disponibles et quatre cristaux bruts, longs de 10 cm et de 10 cm de diamètre, ont été usinés et polis pour en faire un petit calorimètre long de 4 0 cm que l'on a placé dans un faisceau d'essais au SPS du CERN. Les barrettes de photodiodes utilisées pour la lecture ont été originellement mises au point par le groupe du MPI de Munich pour la lecture dans des champs magnétiques des données de calorimètres en BGO. Le fort rendement lumineux et la bonne adaptation spectrale rend la méthode très attrayante pour l'iodure de césium; elle permet l'étalonna7 Courrier CERN, octobre 1 9 8 4 ge et la surveillance à l'aide de sources radioactives. Si l'on utilise une source de cobalt-60 et un petit cristal (10 x 10 x 25 mm), la résolution observée au-dessus de 1 MeV est supérieure à celle de l'iodure de sodium avec lecture par photomultiplicateur. Le calorimètre a été exposé à un faisceau d'électrons d'énergies variant entre 1 et 2 0 GeV. Entre 4 et 2 0 GeV, une résolution constante d'environ 1 % a été mesurée. A 1 et 2 GeV elle était respectivement de 4 et 2,5 %. Cependant le faisceau était de mauvaise qualité à ces deux énergies et les chiffres cités doivent être considérés simplement c o m m e des limites supérieures. Avec un faisceau mixte électron-hadron de 2 0 GeV, la séparation électron-hadron dans ce test élémentaire était très bonne. Ce bref essai a prouvé que l'iodure de césium (ICs) est un matériau très prometteur pour la calorimétrie électromagnétique de haute résolution. Une de ses limitations vient de la constante d'atténuation assez longue du signal, de l'ordre de 9 0 0 ns. Sa radiorésistance est à peu près la même que celle du Nal (Tl), mais des études détaillées seront nécessaires; en tout état de cause, elle est inférieure à celle du BGO car l'ICs n'est pas autocorrectif. Bien que d'un coût moins élevé que le BGO, il ne saurait le remplacer quand un détecteur de faible encombrement est nécessaire, comme pour l'appareil L3 au LEP du CERN: sa plus grande longueur de radiation augmenterait notablement le coût global. Entret e m p s , des essais se poursuivent dans le but d'évaluer d'autres matériaux pour la calorimétrie à haute résolution. Source: E. Lorenz. ASTROPHYSIQUE: Le défi des neutrinos solaires A la suite du colloque Astrophysique et interactions fondamentales qui Courrier CERN, octobre 1 9 8 4 s'est tenu à Cargèse (Corse) en juillet 1 9 8 3 , un groupe de réflexion et de prospective sur la physique nucléaire, la physique des particules et l'astrophysique s'est constitué. Un rapport remis à la direction générale du CNRS présente les principaux thèmes concernant des domaines frontières de ces trois disciplines pour lesquels une convergence d'intérêt a été constatée en France et qui méritent d'être encouragés et soutenus. Parmi ceux-ci figure en bonne place la détection des neutrinos solaires. Le modèle standard du soleil prévoit qu'environ cent milliards de neutrinos par centimètre carré par seconde arrivent continuellement sur terre. La mesure de ce flux et du spectre en énergie des neutrinos solaires n'a été jusqu'à présent qu'effleurée: seule l'expérience menée par R. Davis a détecté par des moyens radioehimiques les neutrinos d'énergie supérieure au MeV issus du bore. Son résultat est en désaccord avec les modèles simples du soleil qui prédisent trois fois plus d'interactions. L'étude de la totalité du spectre d'énergie s'impose donc. Aussi bien les astrophysiciens que les physiciens des particules élémentaires marquent un très vif intérêt pour ces mesures car elles permettraient d'une part de mieux comprendre le fonctionnement du cœur du soleil. La tâGhe est difficile car ces neutrinos ont une très faible section efficace et leur basse énergie (quelques centaines de keV) rend critique le choix de la cible (problème du seuil) et sévère le problème de bruit de fond lié à la radioactivité naturelle. Une réunion internationale s'est tenue le printemps dernier au Laboratoire de physique corpusculaire du Collège de France à Paris, pour faire le point sur ces questions. Il a été essentiellement débattu de la capture des neutrinos solaires par l'indium : la réaction nucléaire induite par les neutrinos solaires est du type bêta inverse et le seuil bas ( 128 keV) de cette réaction permet un examen complet du spectre des neutrinos et la mesure directe de l'énergie du neutrino solaire incident. L'idée d'utiliser l'indium comme cible pour les neutrinos solaires a été suggérée pour la première fois en 1976 par R. S. Raghavan (Bell Laboratories). R. S. Raghavan et M. Deutsch (MIT) participaient à cette réunion de Paris où ils ont présenté leurs récents travaux sur les détecteurs composés d'indium. La faisabilité d'une telle expérience reste encore à prouver. Plusieurs techniques sont étudiées: techniques conventionnelles utilisant scintillateur liquide et chambres à fils à cathode faite d'indium étudiées au Département de physique des particules élémentaires de Saclay. Des techniques plus récentes, mettant en jeu des composés chimiques de l'indium qui permettent une dérive de l'ionisation, sont étudiées à l'Ecole polytechnique et à Saclay. Enfin, des techniques utilisant les propriétés supraconductrices de l'indium sont à l'étude dans deux directions un peu différentes: - Oxford (Norman Booth) et Bell Laboratories préconisent l'utilisation de l'effet tunnel assisté par phonons dans un monocristal d'indium; - des études de faisabilité d'un détecteur à grains supraconducteurs métastables d'indium sont menées à l'Université de Paris VII et dans trois autres laboratoires (LAPP d'Annecy, Collège de France et Centre de recherches nucléaires de Strasbourg). A cette liste, on doit ajouter des projets de détection des courants neutres induits par les neutrinos solaires dans un détecteur à granules (Max Planck Institut, Munich). La détection des neutrinos solaires reste donc un défi expérimental pour les astrophysiciens et pour les physiciens des particules élémentaires. L'élément nouveau apparu lors de cette réunion est que de nombreux physiciens désirent relever le défi. Source: M. Spiro et A. de Belief on. 339
